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本研究では、イネにおける Gln シグナル検知因子候補の OsACR やO sACTPK の機能と窒素代謝系遺伝子発現や窒素代謝の調節への関与を検証・整理し、特に窒素の吸収同化・転流利用機構での Gln 情報伝達系の階層的分子統御機作を解明する。今年度は、OsACTPK1 の解析を進めた。
大腸菌内発現組換え OsACTPK1 精製標品が Mn^<2+> 依存性のタンパク質リン酸化活性を有すことを確認した。窒素情報や炭素/窒素比情報の感知機能の観点から、リン酸化活性への遊離アミノ酸等の添加効果も解析した。イムノブロット解析から、OsACTPK1 は、Tos17 挿入 OsACTPK1 遺伝子破壊イネ系統(OsACTPKI-KO)の根では検出されないが、外来 NH_4^+ 充足下の野生型・OsACTPK1遺伝子非破壊分離系統(対照系統)の根では蓄積することを確認した。外来 NH_4^+ 充足下の OsACTPK1-KO 幼植物では、対照系統と比較して、根での NH_4^+ 初期同化を担うサイトゾル型 Gln 合成酵素(GS1)と NADH-Glu 合成酵素(GOGAT)の含量増加が確認された。外来 NH_4^+ 充足下の OsACTPK1-KO 幼植物での全窒素含量と遊離アミノ酸含量の増加は、根の NH4+ 吸収量と GS1/NADH-GOGAT 含量の増加に起因すると考えられた。また、ICP-MS 解析より、外来 NH_4^+ 充足下の OsACTPK1-KO 幼植物では、NH_4^+ と競合的に吸収される K^+ の含量低下も認められた。次に、充足～過剰濃度のNH_4^+ を供給した OsACTPK1-KO と対照系統の幼植物の表現形を比較した。OsACTPK1-KO では、対照系統と比較して、地上部と根の乾物重当たりの全窒素含量が増加したが、過剰 NH4+ 供給下で地上部の乾物重が顕著に減少した。以上は、イネ幼植物根での OsACTPK1 のNH_4^+ 吸収調節を介した NH4+ 過剰蓄積回避への関与を示唆した。
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